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LTE LBS技術提升行動裝置定位精確度

上網時間: 2014年02月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:LBS  緊急救援服務  E911  LTE  eCID 

行動定位服務(LBS)已被廣泛用在行動裝置的緊急救援服務(E911)以及娛樂資訊(地圖服務、位置導航、在地資訊以及‘尋找好友服務’),如今行動定位服務還只是一個開始,在未來幾年,智慧型手機日益複雜精密,LTE高速資料流量,消費者希望隨時隨地與行動定位服務互動的需求將持續大幅擴展。

一般來說,行動定位服務都有尋找行動裝置確切位置的功能。TD-LTE R9規範中定義了三種定位方式:基於A-GNSS(如GPS與GLONASS)的衛星定位;基於‘觀測到達時間差’(OTDoA)以及‘增強型基地台中心’(eCID)的行動通訊無線定位;以及Hybrid-GNSS或結合全球導航衛星系統與行動通訊無線定位的混合型定位法。電信業者可根據蜂巢式基地台涵範圍、自適應天線技術、路況以及定時估測精度等實際情況,來決定採用其中一種或幾種定位方式。本文分別討論LTE的三種定位技術與估測方法。

行動電話的使用者期待不管是在靜止中或行進間,在城市或在鄉村間,都能具有相同的服務品質。行動定位服務也不例外,而且必須傳送相同快速首次定位時間(TTFF)和可信賴位置精度的使用者經驗。位置不是唯一改變的因子。裝置連結性也會跟著變化,例如使用者漫遊在LTE、3G、2G的網路中。當蜂巢式通訊技術從2G朝向4G,提供行動定位服務方式也已經從簡單的衛星定位發展成複雜的三邊量測法和混合式解決方案。

全球導航衛星系統(GNSS)

定位的定義是使用無線訊號決定位置的過程和/或裝置的速度。‘行動定位服務’(LBS)是目前電信業者提供服務組合中的一個重要元素。除了一些簡單的基本功能外,還可進一步提供像臉書、Google plus以及其他社群網路搜尋用戶位置與狀態更新的連結。

除了商業用途,也可實現安全方面的定位應用。在歐盟超過二分之一的緊急電話都使用手機撥打。在所有的案例中,幾乎 60%的發話者無法準確地提供所處的位置,因此在2003年,歐盟頒佈指令要求電信業者必須提供緊急電話服務,其中必須知道該緊急電話是從什麼地方打的。在美國,這也是強制性的要求──美國FCC 的E -911 規定手機的位置必須能讓緊急電話調度員順利掌握,同時,67%在郡內撥打的緊急電話必須達到50公尺的定位精準度。

決定裝置的位置傳統上是基於衛星定位方式,可使用全球導航衛星系統,如美國的GPS,以及其他國家開發的衛星定位系統,如俄羅斯的GLONASS、歐盟的GALLILEO,以及中國的北斗衛星。

 GPS/GLONASS/GALILEO衛星系統及其所使用的頻段。
圖1:GPS/GLONASS/GALILEO衛星系統及其所使用的頻段。

目前主要的行動裝置如智慧型手機和平板電腦已經內建GNSS接收器了。為了適當估測3D位置,接收器需要無障礙地直視至少四個衛星,這是只使用GNSS其中一個缺點。例如在市中心或是窄巷內,無法確保直接接收到來自衛星的微弱無線訊號。事實上,在室內等很多情況中無法取得足夠的直視訊號。

輔助全球導航衛星系統(A-GNSS):為了克服自主式GNSS直視和低訊號位準的缺點,行動電話網路可為GNSS接收器提供可視衛星的輔助資料。典型的輔助資料包含星曆資料等協助導航的訊息。這些輔助資料降低開機及辨認衛星的時間,使首次定位時間、靈敏度與功耗都將大幅改善。

A-GNSS利用來自衛星與蜂巢式網路的資料。
圖2:A-GNSS利用來自衛星與蜂巢式網路的資料。

A-GNSS的定位計算有兩種基本方法,均透過行動裝置量測GNSS訊號。‘行動輔助’(Mobile Assisted)量測可視衛星訊號,然後傳送GNSS量測資料(包含訊號強度、都卜勒效應與相位)到網路端計算位置。‘行動基礎’(Mobile Based)量測則與行動輔助裝置類似,對衛星量測訊號並計算位置後再傳送回網路端。行動裝置需要額外的處理和位置決定的演算法來做這項功能。

對於具有行動基礎的裝置而言,因為有多重的未知數,位置計算必須在裝置內使用疊代的演算法來完成。位置決定演算法的靈敏度針對未知參數是可以用約略的初始值去計算得到一個較佳的近似值。位置計算放置在行動裝置上增加了複雜性,導致額外的處理程序也增加了功耗。

為什麼A-GNSS 還是不夠?根據統計,幾乎50%的電話都是在室內打的,但室內環境目前仍是一大挑戰。經常在某些可接收行動無線訊號的區域,仍然可以透過手機接收A-GNSS的訊息。但如果在室內因為無法收到衛星訊號,這些衛星輔助資訊也亳無幫助。

在嚴峻的環境中,透過行動無線訊號進行定位估算變成另外一種方式。這樣的方法並不是一個新的方法。在GSM 時期已經利用行動無線訊號進行定位估測。然而在LTE的時候,原來的方法加強某些功能,然而也有另外一個新方法被提出標準化。接下來的段落將會介紹在LTE 3GPP R9基於行動無線訊號所提出的定位方法。

(下一頁繼續:LTE 定位的一般觀點)


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